Zróżnicowanie korozji krasowej w zależności od kształtu korodowanej masy skalnej i jej stanu naprężeń

Kwartalnik Geologiczny, t. 34, nr 3, 1990 r., str. 511 - 534

Witold Cezariusz KOWALSKI

Zr6znicowanie korozji krasowej w zaleznosci od ksztaltu korodowanej masy skalnej i jej stanu

napr~zen

Badania korozji wapienia pelitycznego wykazaty, ze korozja krasowa zmienia sicr wprzestrzeni i w czasie. Ze wzglcrdu na ksztalt i powierzchnicr wlasciw~ skaty i jej okruch6w wyr6zniono korozjcr: narozn~, krawcrdziow~

i plaszczyznow~, a w zaleznosci od stanu naprcrzen skaly korozjcr: zwykl~, rozci~gania i intensywnego sciskania.

Zmiennosc korozji w czasie i jej histereza powoduj~, ze obliczenia pr~dkosci denudacji krasowej, wyrazonej w mm/lOOO a na podstawie danych dotycz~cychjednego roku, bez uwzglcrdnienia wszystkich zmian czynnik6w w calym tysi~cleciu, powinno sicr traktowac nie jako .$rednie, lecz przypadkowe.

PRZYCZYNAICELBADAN

W opracowywanych od lat planach uporz(!dkowania gospodarki wodnej w dorz"e- czu Warty rozwazano mozliwosci lokalizacji zap6r wodnych i zbiornik6w retencyjnych w okolicach Dzialoszyna w Pasmie Krakowsko-Wielunskim na obszarze wystt(powania wapieni g6rnojurajskich. W wyniku projektowanego podniesienia poziomu w6d po- wierzchniowych i zwi(!zanego z nimi poziomu w6d podziemnych w otoczeniu zbiorni- k6w nalezalo sit( liczyc w jednych miejscach z mozliwosci(! odrodzenia sit( zamarlego krasu, a w mnych z mozliwosci(! intensyfikacji wsp6lczesnych proces6w krasowych - a wsr6d nich przede wszystkim korozji. Zwit(kszone spadki hydrauliczne - a zatem prt(dkosci wody przeplywaj(!cej pod zapor(! i wok61 jej przycz61k6w - moglyby spowo- dowac z jednej strony powstanie nieprzewidzianej i niekontrolowanej ucieczki wody ze zbiornika, a z drugiej oslabienie nosnosci podloza zapory, co mogloby doprowadzic do znacznych, nieplanowanych strat ekonomicznych, a nawet katastrofy. Dlatego tez na etapie studi6w projektowych okazalo sit( konieczne opracowanie iniyniersko-geolo- gicznej charakterystyki rozwoju krasu w okolicach Dzialoszyna nad Wart(! na tIe

I.

II

_{, I}

' .

...

>.<.~

.'

...•. . ....

Fig. 1. Przyklad ujawniania siC; utajonych powierzchni (strefy) oslabien wytrzymalosci w trakcie oznaczania dorainej wytrzymalosci na sciskanie metodct normoWCl pr6bki makroskopowo calkowicie jednorodnej opoki senonskiej w kierunku prostopadlym do ulawicenia (Reis)

1-zarys badanej pr6bki; 2 - naprc;zenie Sciskajctce; L -obcictzenie nadkladem; R -reakcja podloza; polozenie powierzchni scic;cia pr6bki: 3 - teoretycznie przewidywane, 4 - rzeczywiste, ujawnione w procesie sciskania i zwictzanego z nim scinania, z niewidocznymi, utajonymi powierzchniami w strefie oslabien wytrzymaloscio- wych, r6wnoleglymi do pomierzonych w terenie kierunk6w plaszczyzn ciosowych i uskokowych

An example of manifestation oflatent surfaces of some strength reduction in course of standard compressive strength determination in the perpendicular to bedding direction (Re is) of a macroscopically homogeneous Senonian chalky limestone

1 - contour of one tested sample; 2 - compressive stress; L -overburden load; R -reaction in underlying;

shear surfaces in the sample: 3 - theoretically foreseen one, 4 - real one, in which come to light the latent surfaces of some strength reduction, which are orientated parallel to the measured in field joint directions

litologii utwor6w g6rnojurajskich (J. Bednarek, 1966) oraz wykonanie badanlaborato- ryjnych, modeluj'lcych w pierwszym przyblizeniu korozjtt krasow'l w warunkach zmie-

~ionych przez budowtt zapory.

Badaniom krasu w warunkach naturalnych w Pasmie Krakowsko-Wielunskim pos- wittcono dotychczas wiele publikacji, z kt6rych naleZy wymienic dwie syntezy na temat krasu na obszarze caIej Polski (R. Gradzinski, Z. W6jcik, 1966; J. Giazek, 1989) oraz prace szczeg6Iowe dotycz'lce poludniowej cz~sci WyZyny Krakowskiej (R. Gradzinski, 1962), okolic Cz~stochowy (J. BaZydski, 1960a, b) i Dzialoszyna (1. Samsonowicz, 1936;

J. Bednarek, 1966; J. Giazek i in., 1976b, 1977, 1979).

Celem zaprojektowanych iwykonanych przed 25 laty modelowych badan laborato- ryjnych bylo okreSlenie intensywnosci i ewentualnego zr6znicowania korozji krasowej w zaleznosci od ksztaltu fragment6w korodowanej masy skalnej i jej stanu napr~zen w warunkach przewidywanych po utworzeniu zbiornika retencyjnego. Wyniki tych badan

Zr6znicowanie korozji krasowej ... 513

nadal zachowaly swojet oryginalnose, aktualnose i elementy nowosc~ a z przyczyn od autora niezaleznych moget bye opublikowane dopiero teraz.

ZALOZENIA WST~PNE EKSPERYMENTU

Po wst~pnym przeanalizowaniu teorii korozji i dotychczasowych wynikow badan zaprojektowano badania laboratoryjne, modelujetce przewidywane warunki rozwoju korozji po wybudowaniu zbiornika retencyjnego, przyjmujetc nast~pujetce zalozenia

wst~pne, ktore po przeprowadzeniu badan i uzyskaniu odpowiednich wynik6w mogly

si~ stae tezami tej pracy.

a - intensywnose korozji krasowej powinna bye rorna w rornych c~sciach fragmen- tow korodowanej masy skalnej: najwi~ksza na ich naro:iach, du:ia wzdluz kraw«dzi, a najmniejsza na plaszczyznach scian; nalezalo tego oczekiwae, bioretc pod uwag« rozne powierzchnie wlasciwe, odpowiadajetce wymienionym elementom fragmentow masy skalnej;

b - intensywnose korozji krasowej powinna bye wi«ksza niz intensywnose korozji na plaszczyznach scian w tych cz~sciach masy skalnej, w ktorych wyst«pujet napr«zenia rozcictgajetce, mogetce bye przyczynet powstawania - jeszcze przed widocznym sp«ka- niem masy skalnej - utajonych powierzchni i stref oslabien wytrzymalosciowych (fig. 1

- w.e.

Kowalski, 1961, 1966); te ostatnie powinny ulatwiae przenikanie czetsteczek wody wgletb masy skalnej, co ulatwialoby korozj«;

c - intensywnose korozji krasowej powinna rosnete w miar« wzrostu spadku hydrau- licznego wody, nie b«detcej nasyconym roztworem korodowanej skaly, do momentu powstania roztworu nasyconego;

d - intensywnose korozji krasowej powinna malee w obszarach wzrastania napr«zen sciskajetcych w masie skalnej; przewidywano jednak, ze przy niewielkich obcietzeniach,

wywolujet~ych te napr«zenia, w stosunku do wytrzymalosci na sciskanie masy skalnej, zmniejszenie intensywnosci korozji w tych obszarach mogloby bye praktycznie niemie- rzalne.

Aby wykazac slusznose przyj«tych zalozen, nale:ialo tak przeprowadzie badania modelowe, aby mogly si« ujawnie przede wszystkim te czynniki, ktore okreSlono w tych zalozeniach. Niezb«dne zatem bylo badanie korozji zawsze w jednakowych warunkach na skalach maksymalnie jednorodnych. W takim ukladzie mozna bylo odpowiedziee na podstawowe pytania, czy intensywnose korozji w kazdej cz«sci skaly jest zawsze iden- tyczna, czy tez nie, oraz poszukiwae przyczyn zroznicowania tej intensywnosci.

Tabela 1

Par~etry jednorodnosci fizycznej badanego monolitu i wyci«tych z niego beleczek

Symbol ps POI paw n Rc.Lw

beleczki

Al 2,72 2,41 2,68 11,4 20,5

A2 2,72 2,41 2,69 11,4 20,8

A3 2,72 2,41 2,69 11,4 20,6

BI 2,72 2,41 2,69 11,4 20,8

B2 2,72 2,41 2,69 11,4 20,7

B3 2,72 2,40 2,68 12,0 19,5

CI 2,72 2,41 2,69 11,4 20,9

C2 2,72 2,42 2,69 11,0 21,6

C3 2,72 2,41 2,69 11,4 20,6

ps - g<cstoSc szkieletu skalnegow glcm³;pos - g<cstosc obj<ctosciowa wstanie powietnno- -suchym w gtcm³j paw - g<cstosc obj<ctosciowa w stanie nasycenia wodll w glcm³j n - porowatosc w %; Rc.Lw - wytnymalosc na Sciskanie w kierunku prostopadlym do ulawicenia w stanie nasycenia wodll w MPa

WYB6R SKALY MODELOWEJ

Racjonalne przeprowadzenie badan korozji w warunkach laboratoryjnych przy ograniczonych srodkach, materialnych i w kr6tkim czasie wymagalo wybrania jedno- rodnych litologicznie skal (W.C. Kowalski, 1961, 1978, 1988), podlegaj(!cych korozji krasowej, chociai: niekoniecznie bardzo intensywnej. Makroskopowo najbardziej lito- logicznie jednorodnych lawic krasowiej(!cych serii wapieni, kt6rych wiek A. Wierzbow- ski (1965) okreSlil jako g6rny oksford, poszukiwano w okolicach Dzialoszyna nad Wart(! w Pasmie Krakowsko-Cz«stochowsko-Wielunskim, gdzie przewidywano lokali- zacj« jednego ze stopni wodnych. Z moZliwie najbardziej makroskopowo jednorod- nych lawic wapieni minimalnie sp«kanych, pobrano 7 dUZych pr6bek (monolit6w), na kt6rych oznaczono g«stosc obj«tosciow(! (po) i wytrzymalosc na sciskanie w kierunku prostopadlym do ulawicenia w stanie nasycenia wod(! (Rc.Lw) w srodkowych cz((seiach seian monolit6w. Stosuj(!C zaostrzon(! kontrol(( laboratoryjn<t, z pr6bek tych odrzucono wszystkie te monolity, dla kt6rych g«stosci obj((toseiowe stropu, srodka i sp<tgu r6i:nily si« 0 wi((cej nii: 0,05 glcm³, a wytrzymalosci na sciskanie w kierunku prostopadlym ulawicenia w stanie nasycenia wod(! (Rc .Lw) odbiegaly 0 ponad 2 MPa. W wyniku tych eliminacji do projektowanych badan modelowych wybrano jeden monolit 0 wymiarach 0,30 x 0,35 x 0,45 m, wyci«ty z p6lmetrowej lawicy i:6hawobialego, zbitego wapienia pelitowego, odsloni«tego w odkrywce w W(!SOSZU Dolnym, w kt6rej przed laty J.

Liszkowski znalazl okaz Idoceras sp., wskazuj'lcy na poziom Idoceras planula oksfordu g6rnego. Oznaczana g«stosc obj((tosciowa tego monolitu w stanie powietrzno-suchym

Zroznicowanie korozji ~rasowej ... 515

(pos) wynosi srednio 2,41 glcm3, przy wsp6fczynniku zmiennosci 0,21% (tab. 1), a wytrzymalose na sciskanie w kierunku prostopadlym do ulawicenia w stanie nasycenia wodet (Re .L w) srednio 20,7 MPa, przy wsp6fczynniku zmiennosci 2,36%. Tak niewielkie zr6znicowanie tych parametr6w w obr~bie jednego monolitu, wyznaczonych wedlug znormalizowanych metod z okreslonet dokladno~ci<t, pozwala przyjete, ze jest spowodo- wane przede wszystkim przypadkowymi bl~dami pomiarowymi, a nie fizycznet niejed- norodnosciet monolitu.

N a scianach badanego monolitu oznaczono powierzchni~ stropowet i spctgOWet oraz kierunek p61nocny. Zaznaczenie naturalnej orientacji przestrzennej na kazdej pr6bce, wyci~tej w ksztalcie prostop~dloscianu - beleczki 0 wymiarach 4 x 4 x 25 em (z tolerancjct odchyleIi 0 ±0,1 cm) - pozwalalo na istotne ograniczenie w dalszych rozwa- zaniach mozliwosci \Vplywu anizotropii wytrzymalosciowej na zr6znicowanie korozji krasowej badanych skat.

Wytrzymalose na sciskanie w kierunku r6wnoleglym do ulawicenia w stanie nasy- cenia wodet (Re Ilw) wahala si~ w granicach 19,1-21,2 MPa (przy sredniej 20,1 MPa), co wskazuje, ze wsp6fczynnik anizotropii wytrzymalosciowej moze si~ co najwyiej wahae w granicach 0,88-1,07, a najprawdopodobniej 0,97-0,98 (przy sredniej 0,97).

Zgodnie z publikacjami W.C. Kowalskiego (1961~ 1966) pozwala to na okreSlenie tych skal jako praktycznie wytrzymalosciowo izotropoWych, zwlaszcza ze wszystkie r6znice Re.LW i Re II w mieszczet si~ w granicach dopuszczalnych odchyleIi, wywolanych przypadkowymi bl~dami pomiaru.

Litologiczna jednorodnose monolitu okreSlona makroskopowo znalazla odbicie w wynikach analizy mikroskopowej 6 plytek cienkich, wyci~tych ze srodkowych cz~sci

jego scian. Gl6wnym skladnikiem monolitu zbitego wapienia pelitowego jest kalcyt, tworzetcy mas~ drobnopelitycznego spoiwa podstawowego, na kt6rego tIe wyst~pujet

mniej wi~cej r6wnomiernie rozmieszczone mikrokrystaliczne agregaty w~glan6w 0

ksztaltach nieregularnych, owoidalnych i sferoidalnych - bye moze pozostalosci prze- krystalizowanych szczettk6w organicznych - a takze mniej wi~cej r6wnomiernie roz- mieszczone iylki i soczewki kalcytu 0 grubosci 0,01-0,02 mm. Na tIe w~glanowego

spoiwa podstawowego widoczne Set bardzo nieliczne fragmenty spikul gctbkowych i r6wniez rzadkie pojedyncze ziarenka kwarcu detrytycznego 0 wymiarach ponizej 0,05 . mm oraz mineraly ~lowe (z reguly w postaci agregat6w) i zwietzki zelaza, b~dctce skladnikami wyraznie akcesorycznymi. Makroskopowa jednorodnose litologiczna znaj- duje cz~sciowo potwierdzenie w mikroskopowo oznaczonej afanitowej strukturze i bezladnej dose zbitej teksturze jednoczesnie slabomikroporowatej (z pr6zniami i pora- mi cz~sto typu interkrystalicznego 0 rozmiarach rz~du 0,1-0,2 mm). .

Z trzech analiz chemicznych pr6bek pobranych ze stropu, srodka i spctgu monolitu wynika, ze zawartosci poszczeg6lnych skladnik6w wahaly si~

w

granicach: CaO 54,11- 54,48% (sr. 54,32%), MgO 0,39-0,55% (sr. 0,47%), Ah03 0,18-0,73% (sr. 0,48%), Fe203 0,09-0,16% (sr. 0,11%), Si02 0,99-1,26% (sr. 1,15%), przy stratach prazenia 43,14-43,56% (sr. 43,37%).

Tabela 2 Ubytki masy beleczek w wyniku korozji

Symbol

Mbd Mpd 6Mdm Ddm Mbs Mps 6Msm Dsm

beleczki

beleczki obciClzone w srodku, podparte na koncach

A1 943,73 877,70 66,06 0,070 1051,32 977,76 73,56 0,070

A2 ^964,00 896,52 67,48 0,070 1073,90 998,72 75,18 0,070

A.3 967,86 900,11 67,75 0,070 1078,20 1002,72 75,48 0,070

beleczki obciClzone na koncach, podparte w srodku

B1 960,14 892,93 67,21 0,070 1069,60 994,72 74,88 0,070

B2 ^967,86 900,11 67,75 0,070 1078,20 1002,72 75,48 0,070

B3 ^960,00 883,20 76,80 0,080 1073,28 987,42 85,86 0,080

beleczki nieobciClzone, podparte w srodku i na koncach

Cl ^{960,14 904,50 55,64} 0,058 1069,60 1007,61 61,99 0,058

C2 ^{968,00 920,81 47,19 0,049 1074,48} 1022,10 52,38 0,049

C3 ^{984,15 927,61 56,54 0,058 1096,34 1033,36} '---~~ .62,98 ___ 0,057

c.

Masy belaczek w g w stanie powietrzno-suchym: Mbd -przed rozpocz<cciem rozpuszczania, M pd - po rozpuszczeniu; masy beleczek w g w stanie nasycenia wodCl: Mbs-przed rozpocz<cciem rozpuszczania, Mps-po rozpuszczeniu; ubytki masywwyniku rozpuszczania w g:

IlM dm - calkowite, wyznaczane w stanie powietrzno-suchym, 6Msm - calkowite, wyznaczane ^w stanie nasycenia wodCl; jednostkowe ubytki masy w gig: Ddm - w stanie powietrzno-suchym, Dsm - w stanie nasycenia wodCl

~ [

Q.

::i.

~

~

~

~ §

Tabela 3 Zmniejszenia obj~tosci beleczek w wyniku korozji

Symbol d _VI V2 ~V Dvt At Ac Dvc

beleezki

beleezki ^obci~zone w srodku, podparte na koneaeh

At 3,9x4,Ox25,1 391,59 364,18 27,41 0,070 427,78 391,78 0,070

A2 4,OX4,Ox25,0 400,00 372,00 28,00 0,070 432,00 396,00 0,071

A3 4,0 X4,0 x25,1 401,60 373,49 28,11 0,070 433,60 397,60 0,071

beleczki obei~one na koneaeh, podparte w srodku

Bl 4,OX4,OX24,9 398,40 370,51 27,89 0,070 430,40 394,40 0,071

B2 4,ox4,OX25,1 401,60 373,49 28,11 0,070 433,60 397,60 0,071

B3 4,OX4,Ox25,0 400,00 368,00 32,00 0,080 432,00 396,00 0,08~

beleczki nieobci~one, podparte w srodku i na koneaeh

CI 4,0 X4,0 x 24,9 398,40 375,31 29,09 0,058 430,40 394,40 0,059

ci 4,OX4,Ox25,0 400,00 380,50 19,50 0,049 432,00 396,00 0,049

C3 4,1 X4,OX24,9 408,36 384,90 23,46 0,057 436,18 400,18 0,059

d - wymiarybeleczekwern; obj~tosci beleczekwern³: VI - poc~tkowe, V2 - koneowe; ubytki objc;toScibeleczek: ~V - ealkowitewern³,Dvt- jednostkowe ealkowite na jednostkc; objc;toSci pocz~tkowej w ern³/ern², Dvc - jednostkowe calkowite na jednostkc; rozpuszczanej powierzehni zewn~trznej w em ³/ern 2; powierzehnie zewnc;trzne beleczek: At - ealkowite w ern², Ac - rozpuszczane w ern²

~ 0,

~' n'

~

e,

('j)

a

S-

~:

a- ~

T'

VI ~ ...;)

A

,

0, f2l

--

Fig. 2. Spos6b przeprowadzania badan korozji: beleczek BA podpartych na koncach na powierzchniach SA i obci<lzonych w srodku cic;zarem LA; beleczek BB podpartych w srodku na powierzchni SB i obci<lzonych na koncach cic;zarami LB; beleczek Be nieobci<lzonych i podpartych na koncach i w srodku na powierzchniach Sc

1-kierunek przeplywu wodyw zbiorniku z komor<l gt6wn<l z umieszczonymi beleczkami (BA, BB, Be) oraz komorami wyr6wnuj<lcymi; FA, FB, Fe - otwory wprowadzaj'lce wodC;; Ov - przelew; OA, OB, Oe - otwory odprowadzaj<lce wodC; (z komorywylotowej); A - rzut z g6ry, B - rzut z boku

Method of the corrosion studies of rectangular prisms: beams BA supported at their ends on surfaces SA and loaded in their middle with load LA; beams BB supported in their middle on a surface SB and loaded at their ends with loades LB; beams Be non-loaded and supported at their ends and their middle on surfaces Se

1-water flow directions in the tank with the main chamber (with located tested beams BA, BB, Be) and the intake chamber; FA, FB, Fe - water - inlets; Ov - water - overfall; OA, OB, Oe - water - outlets; A - top view; B - side view

Mozna zatem uznac, ze monolit wapienia, wytypowany do badania zr6znicowania intensywnosci korozji krasowej, jest ze wzglttdu na sklad chemiczny r6wniez praktycz- nie jednorodny.

Zr6inicowanie korozji krasowej ... 519

A ,---1--+---

·-·--...-,...-···i~·:·==

..

·=:-:-:-·-·-·-···~···~'-·

----

- - - - $.4

- - - - B ···:==f···~'

c

+

- - - CSJ CS_z 8,

- - - -

,CSt £'S21

! !

I I

⁰

- ·_·_·'-·-·-·-I-o-·_·_·_·_·_·_·-t--

i i

Sr I£'S1 CS₂' Se Sc Se

- - 1 - - - 2 - · - - 3 .. · .... ·· .. ·4 +5 -611111111111117111111118 Se

Fig. 3. Odksztalcenia beleczek: A - obcillionych w srodku cicriarem LA i podpartych na koricach na powierzchniach SA; B - podpartych w srodku na powierzchni Ss i obcillionych na koricach cicriarami Ls = 1/2 LA; C - nieobci~zonych, podpartych na koricach i w srodku na powierzchniach Sc r6wnych sumie powierzchni podparc i obci~zeri, uniemoiliwiaj~cych rozpuszczalnosc beleczek na tych powierzchniach 1 - pierwotny ksztalt przekroju podluznego beleczki przed obci~ieniem; 2 - ugicrcie stropu i sp~gu beleczki pod Wplywem obci~ieri; 3 - podluine osie beleczek przed obcillzeniem; 4 - poIoienie osi wygicrtych pod

obci~ieniem; obszary zwicrkszonych naprcrieri poziomych: 5 - Sciskaj~cych, 6 - rozci~gaj~cych; 7 - wyraine zaglcrbienia na powierzchniach stropowej i sPllgowej beleczek obci~ionych, wskazujllce obszary zwicrkszonej korozji; 8 - obszary wytrzymalosciowo oslabione przez powstanie poziomych naprcrieri rozci~gaj~cych, kt6re

mog~ powodowac powstawanie ukrytych powierzchni oslabieri; 0 - obszar bez przyrost6w naprcrzeri; CS2- przekr6j poprzeczny w srodkowej czcrSci beleczek (fig. 4)

Deformations of beams: A -loaded in their middle with a load LA and supported and their ends on surfaces SA; B - supported in their middle on a surface Ss and loaded at their ends with loads Ls = 1/2 LA; C - non-loaded and suppo~ed at their ends and their middle on surfaces Sc

1 - contour of a longitudinal beam section at the start, before loading; 2 - deflection curve of the roof or floor of a beam under loading; 3 -longitudinal axis of a beam before loading; 4 - deflected longitudinal axis of the beam under loading; areas of the horizontal greater stresses: 5 - compressive, 6 - tensile; 7 - depressions on the roof or floor surfaces of the loaded oeams, pointing areas with the greater corrosion; 8 - areas with the weaker strength, with tensile stresses, in which latent surfaces of some strength reduction can arise; 0 - areas without any stress increase; CS2 -cross-sections in the middle part of beams (see Fig.

4)

SPOSOBPRZEPROWADZENLABADAN

Ze zorientowanego przestrzennie monolitu wapienia pelityeznego wycit;to 24 be- leezki z zaehowaniem ieh orientaeji przestrzennej takiej samej jak w ealym monolicie.

Kierunek dlugosci kazdej beleezkfbyl zgodny z kierunkiem dlugosci monolitu, kt6ry w terenie pokrywal sit; z azymutem 75°, bt;d'leym dwusieezn'l k'lta, utworzonego przez pomierzone w odkrywee kierunki najliezniejs~eh spt;kati ciosowyeh 0 azymutaeh sred- nio 30 i 120°. Taki spos6b postt;powania pozwalal na uzyskanie wynik6w korozji mak- symalnie nieobarezonyeh wplywami niejednorodnosci litologieznej i spt;kaniowej

korodowanyeh beleezek. .

Do badan wybrano tylko 18 beleezek 0 szerokosci w stropie i sp<tgU dokladnie 4,0 em, dlugosci 25 em ( ±0,1 em) i wysokosei 4,0 em (±0,1 em). Sposr6d nieh 9 poddano pi€rwszej serii badan, stosuj'le obci'lzenia mni~jsze (5 kg w srodku beleezki lub po 2,5 kg na obu jej koneaeh). W drugiej serii badan kolejne 9 beleezek obei'lzano wit;kszym cit;zarem (10 kg w srodku beleezki lub po 5 kg na obu jej koneaeh). Przy zastosowaniu wit;kszyeh obci'lzen znaeznie wezesniej ujawnilo si(( zr6znieowanie intensywnosei ko- rozji w r6znyeh ezt;sciaeh beleezek, dlatego tez wszystkie dane i otrzymane na ieh podstawie wyniki, przedstawione w tab. 1-5, dotyez'l drugiej serii badan.

Jednorodnosc fizyezn'l ealego monolitu i wyci((tyeh z 'niego beleezek potwierdza gt;stosc szkieletu skalnego (ps) oraz gt;sto~c objt;tosciowa w stanie powietrzno-suehym (pos) i w stanie nasyeenia wod'l (pow). W tab. 1 podano wyniki oznaezen tyeh wielkosei oraz obliezone na ich podstawie porowatosci (n).

Beleezki w stanie powietrzno-suehym waZono, oznaezaj'le ieh mast; (Mbd) - tab. 2, a nast((pnie nasyeano powoli (w ci<tgu 2 tygodni) wod'l od powierzehni sp<tgowej 0

wymiaraeh 4,0 x 25,0 (±0,1 em) aZ do przykryeia wod'l ieh stropu (0 takieh samyeh wymiaraeh) i odezekania do osi<tgni((eia stalej masy, po ezym wyznaezono mast; bele- ezek nasyeonyeh wod'l przed poddaniem ieh korozji (Mbs) - tab. 2. Okreslono r6wniez objt;tosc poez'ltkow'l nasyeonyeh wod'l beleezek (VI) - tab. 3. Dane te posluiyly do skontrolowania wyznaczonyeh uprzednio gt;stosci objt;tosciowyeh beleezek w stanie powietrzno-suehym (pos) i w stanie nasyeenia wodq (pow).

Beleezki nasyeone wod'l umieszezane byly na speejalnie skon~truowanyeh podpo- raeh, kt6ryeh powierzehnia styku z beleezk'l miala zawsze ksztaJt prostok'lta 0 wymia- raeh 3 x 4 em (fig. 2, 3). Beleezki oznaezone liter'l A w drugiej serii badanbyly obciq:iane eit;iarem 10 kg w srodku na powierzehni: 3 em x 4 em = 12 em² i podparte na koneaeh na l'leznej powierzehni 2(3 em x 4 em)

=

^{24 em2•} Beleezki oznaezone liter'l B w drugiej serii badan byly obei'lzane cit;zarami po 5 kg na koneaeh na l'leznej powierzehni 2(3 em x 4 em) = 24 em² i podparte w srodku na powierzehni 3 em x 4 em

=

12 em²• Beleezki oznaezone liter'l C nie byly weale obciq:iane, leez podparte w 3 miejseaeh: w srodku i na obu koneaeh na l'leznej powierzehni 3(3 em x 4 em)

=

36 em².

Z ealkowitej zewnt;trznej powierzehni (At) kazdej beleezki nie podlegala zatem bez- posredniej korozji powierzehnia styku z podporami i powierzehnia obci'lzana 0 l'lcz-

Zr6znicowanie korozji krasowej ... 521

nych wymiarach: 3(3 cm x 4 cm)

=

36 cm²• Beleczki byly bezposrednio korodowane tylko na powierzchni: Ac

=

At - 36 cm²•

Badania korozji przeprowadzono w specjalnie skonstruowanym zbiorniku z pleksi- glasu (fig. 2). Zbiornik ten skladal si(( z 3 komor: wlotowej, gl6wnej (przeplywowej) i wylotowej. U dolu zewn((trznej sciany komory wlotowej,wykonano 3 otwory wlotowe dla wody, umieszczone: w srodku (otw6r FB) i po bokach (otwory FA i Fc) - fig. 2.

Doplywy wody wodoci~owej od dolu komory wlotowej zapewnialy mniej wi((cej row- nomierne wypelnianie wodet komory wlotowej, a nast((pnie po jej wypelnieniu rowno- mierny doplyw do komory gl6wnej przez przelew (Ov).

Beleczki (A i B lub C) nasycone wodet i obcietzone lub nieobcietzone umieszczone na podporach w komorze glownej podlegaly korozji przy stalym spadku hydraulicznym przeplywajetcej, ci~le nowej wodywodoci~owej przez 9 miesi((cy (273 dni). Przedsta- wione w tab. 2-4 wyniki dotyczet stale utrzymywanego spadku hydraulicznego wynOSZ(!- cego 0,22, tj. mniej wi((cej takiego, jaki przewidywano wst((pnie pod zaporet 0

szerokosci podeszwy fundamentowej okolo 27-45 m, powodujetcet pi((trzenie do 6-10 m.

Oczywiscie sklad wody wodoci~owej, uZyt:ej w badaniach, nie odpowiadal sklado- wi naturalnych wod krasowych, jednak w grubym przyblizeniu modelowal sklad wody ze zbiornika retencyjnego, przeplywajetcej pod zaporet i wok61 jej przyczolkow, i co najwazniejsze byl mniej wi((cej staly.

Po dziewi((ciomiesi((cznym korodowaniu, bezposrednio po wyj((ciu z komory glow- nej (a wi((c w stanie nasycenia wodV, beleczki byly wazone. Z ro:inicy mas beleczek w stanie nasycenia wodet sprzed rozpocz((cia korozji (Mbs) i po jej zakonczeniu (Mps) obliczono calkowity ubytek mas:

Mbs-Mps

=

aMsm

Po doprowadzeniu beleczek -do stanu powietrzno-suchego (do stalej wagi) ponow- nie je wazono (Mpd), aby wyznaczyc calkowity ubytek ich masy (aMdm):

Mbd -Mpd

=

f:..Mdm

J ednostkowy ubytek masy W odniesieniu do masy beleczek wynosi aMdm

- - =Ddm =Dsm Mbd

Jak wynika z danych tab. 2, wynosi on srednio 0,066 gjg, przy czym dla beleczek nie obcietzonych sr. 0,055 gjg, a dla obcietzonych sr. 0,072 gjg.

Z ubytku masy (aMdm) - tab. 2 - odniesionego do powierzchni zewn((trznej (Ac)- tab. 3 - podlegajetcej korozji, wyznaczono powierzchniowy jednostkowy ubytek masy (Dmc)~

aMdm =Dmc Ac

ktory wynosi sr. 0,160 gjcm², przy czym dla beleczek nieobcietzonych sr. 0,134 gjcm², a dla obcietzonych sr. 0,174 gjcm²• Zatem ubytki masy beleczek nieobcietzonych Set zawsze mniejsze niz beleczek obcietzonych.

Tabela 4

Grubosci skorodowanej warstwy przypowierzchniowej beleczek w r6znych cz«sciach ich powierzchni

Symbol

de Ae he ~Ve It Ie he Ae ~Ve ~Vp Ap hp

beleezki

beleczki obciCJi;one w srodku, podparte na koneaeh

Al ^{6,1X4,0 24,4 0,2 4,88} 132,0 106,0 0,25 42,40 10,60 11,93 324,98 0,0367

A2 ^{6,Ox4,0 24,0} 0,2 4,80 132,0 106,0 0,25 42,40 10,60 12,60 329,60 0,0382

A3 6,1x4,0 24,4 0,2 4,88 132,4 • 106,4 0,25 42,56 10,64 12,59 330,64 0,0381

beleczki obcil'lzone na koneaeh, pOdparte w srodku

BI ^5,9x4,0 23,6 0,2 4,72 131,6 105,6 0,25 42,24 10,56 12,61 328,56 0,0384

B2 ^{6,1x4,0 24,4} 0,2 4,88 132,4 106,4 0,25 42,56 10,64 12,59 330,64 0,0381

B3 ^6,OX4,0 24,0 0,2 4,80 132,0 106,0 0,30 42,40 12,72 14,48 348,80 0,0415

beleczki nieobciClzone, podparte w srodku i na koneaeh

CI - -

- -

^{131,6 105,6 0,25 42,24 10,56 12,53 352,16 0,0356}

C2

-

^-

-

^{- 132,0 106,0 0,20 42,40 8,48 11,02 353,60 0,0312}

C3

- -

^{- - 132,0 106,0 0,25 42,40 10,60 12,86 357,78 0,0359}

L~_~ _ _ ~

~- - - - ._-^-

de - wymiary najbardziej wygi~tych, srodkowych cz~sei seianek beleezek w em; Ac - pola najbardziej wygi~te seianek beleezek w em²; dtugoSci kra~dzi beleezek w em: It - eatkowite, Ie - korodowane dwustronnie; Ae - pola korozji przykraw~dziowej dwustronnej wem; Ap - pozostate pola korozji na ptaszezyznaeh zewn~­

trznyeh beleczek w em²; przeci~tne grubosci skorodowanej warstwy w em: he - na poluA& he - wzdluz kraw~dzi, hp - na ptaszezyznaeh Seian; ealkowite ubytki obj~tosci: ~Vf - na poluAc, ~Ve - wzdluz kraw~dzi i naroZy, ~Vp - na ptaszezyznaeh seian

i

~ §.

Q.

~

::t c: ~

~ ~

~

A

,

Zroznicowanie korozji krasowej ... 523

r

^{T ...} 1

I I I

-t---

^{- - - I -}

I

I

^I

J I

.~

I I

J I

I I

I

^I

I I

I - I

, _ _ _ _ _ _ J

- - - 1 111111111112

LS

I _

( ' I 'I

: I :

-J-

- ! - - - - I -

: I l

~~"

^{i i ,}

~f

I

lS

I I

I I

'---

^---~

lS

r - - - - - - ,

r I

I J

t I

r I

r I

1. ___ ..l. ___ ..1

I.S

tS₂ LS

,I

=-=-1=-;:/ =-=-=-=

-1--- I

.... _ +mr!rrm~lonrrncm'TTTr!"",-=

CS₂ J.S

-= ... 'll4\wDLUD...!IU!lIIDlllllJI1WJLIiJJljJ ...

I I

---'-'-1--- -,

I I

I I

---1--[---

f= t=

Fig. 4. Ubytek masy beleczek A, B, C wwyniku korozji: najwi<rkszy - na narozach i wzdluz kraw<rdzi, posredni - na obszarach poziomych napr<rzeri rozei<lgaj<lcych, najmniejszy - na plaszczyznach, w srodkowych cz<rseiach seian w obszarach pozbawionych napr<rzeri rozei<lgaj'lcych

Przekroje poprzeczne: CS2 - w cz<rsei srodkowej beleczki (fig. 3), Ls -w srodku beleczki; 1 - ksztalt beleczki po przeprowadzeniu doSwiadczenia; 2 - obszary zwi<rkszonego ubytku masy

Differentiated voluminallosses of the beams (A, B, C) in course of corrosion: the greatest ones on quoins and along edges, the intermediate ones on areas with horizontal tensile stresses, the lowest ones on planes in the middle parts of the beam walls without any tensile stress

Cross-sections: CS2- in the middle parts of beams (see Fig. 3), Ls - in midpoints of beams; 1- contours of beams after corrosion in experiments; 2 - areas of the greather voluminallosses

Po oznaczeniu metod,! rt~ciow,! obj~tosci pocz'!tkowej beleczek (VI) i obj~tosci

koncowej po zakonczertiu korodowania (V2 - tab. 3), mozna bylo oblic~c calkowite zmniejszenie obj~tosci beleczek w wyniku korozji (d V) z r6znicy:

VI-V2 =dV

Calkowite zmniejszenie objt(tosci beleczek w badanym przypadku wynosi sr. 27,07 cm³, przy czym dla beleczek obci,!zonych sr. 28,59 cm³, a dla nieobci,!zonych sr. 24,02

cm³. ~

lednostkowe zmniejszenie obj~tosci (Dvt) w odniesieniu do calej pierwotnej obj~­

tosci beleczek (VI) obliczono ze stosunku:

Tabela 5 U dzial korozji na obszarach naprttzen rozeicmajcteyeh wzdluZ krawttdzi i narozy

oraz wzdluz plaszezyzny zewntttrznej w korozji sumaryeznej

Symbol AVe AVe ~

beleczki AV AV AV

beleczki obciClione w srodku, podparte na koticach

Al 0,178 0,387 0,435

A:2 0,171 0,379 0,450

A3 0,174 0,378 0,448

beleczki obciC4zone na koticach, podparte w srodku

Bl 0,169 0,379 0,452

B2 0,174 0,378 0,448

B3 0,150 0,398 0,452

beleczki nieobciClione, podparte w srodku i na koticaeh

Cl

°

^{0,457 0,543}

C2

°

^{0,435 0,565}

C3

°

^{0,452 0,548}

Zmniejszenie obj~toSci wem³: AV - caJej beleczki, AVe - na najbardziej wygi~tych pod obciC4zeniem cZ~Sciaeh Sciany, AVe - na kraw~dziach i narozach, AVp - na plaszczyznach scian

-=Dvt

aV

V1

Jak wynika z tab. 3, jednostkowe zmniejszenie objtttosci odnoszone do jednostki objtttosci (Dv~ wynosi srednio 0,066 em³/em³, przy ezym dla beleezek obeictzonyeh sr.

0,072 em³/em ,a dla beleezek nieobeictzonyeh sr. 0,057 em³/em³•

Jednostkowe zmniejszenie objtttosci (Dve) W odniesieniu do bezposrednio koro- dowanej, zewn((trznej, pierwotnej powierzehni beleezek (Ae) - tab. 3 - obliezono ze stosunku:

-=Dve

aV

Ae

J ak wynika z tab. 3, jednostkowe zmniejszenie obj((tosci odniesione do jednostki bezposrednio korodowanej, zewntttrznej, pierwotnej powierzehni beleezek (Dve) wy- nosi srednio 0,0669 em³/em² = 0,067 em, przy ezym dla beleezek obcictzonyeh sr. 0,0725 em, a dbt nieobeictzonyeh sr. 0,056 em.

Jedrlostkowe zmniejszenie objtttosci odniesione do jednostki bezposrednio korodo- wanej, zewn((trznej powierzehni beleezek (Dve) oznaeza przecitttnct grubosc warstwy, jaka zostala usunittta z bezposrednio korodowanej, zewntttrznej powierzehni beleezek.

Zroi:nicowanie korozji krasowej ... 525

ZMIANA KSZTALTU BELECZEK

Beleczki poddane 9-ciomiesit(cznemu korodowaniu zmienily sw6j ksztalt. Tak wit(c obliczone jednostkowe ubytki masy i zmniejszenia objt(tosci, odniesione do jednostki bezposrednio korodowanej zewnt(trznej powierzchni beleczek, wskazujct na sumarycz- ny, usredniony wynik korozji. Zmiana ksztaltu beleczki wskazuje natomiast na r6znice intensywnosci korozji w r6znych czt(sciach bezposrednio korodowanej powierzchni.

We wszystkich badanych, ostrokrawt(dzistych i prostopadJosciennych beleczkach naroza i krawt(dzie zaokn@ilysit(. Wydluzone beleczki kanciaste staly sit( oble (fig. 4).

Przecit(tna grubosc skorodowanej skaly wzdluz krawt(dzi beleczek wahala sit( w grani- cach 0,20-0,30 cm, wynOSZctC m.jczt(sciej w najbardziej jednorodnych beleczkach 0,25 cm, przy sredniej 0,25 cm. Nieco mniejsZy ubytek (he

=

0,20 cm) wykazala beleczka 0

nieco mniejszej porowatosci n = 11,0%, a nieco wit(kszy - 0,30 cm beleczka 0 nieco wit(kszej porowatosci n = 12%. Na narozach grubosc usunit(tego przez korozjt( mate- rialu byla nieco wit(ksza - 0,30 cm.

Calkowity ubytek objt(tosci wzdluz krawt(dzi (tJ..Ve) - tab. 4 - obliczono z iloczynu pola korozji przykrawt(dziowej (Ae) i przecit(tnej grubosci skorodowanej przy krawt(dzi warstwy (he):

he·Ae ⁼ tJ..Ve

Wynosi on sr. 10,60 cm³, przy czym dla beleczek obciclzonych sr. 10,96 cm³, a dla nieobcictzonych sr. 9,88 cm³•

Specyficzne, makrosk.opowo dobrze widoczne, duze wglt(bienia na powierzchni beleczek zaobserwowano po zakonczeniu badan w srodkowych, najbardziej wygit(tych czt(sciach powierzchni:spctgowych beleczek A (obcictzonych w srodku, a podpartych na koncach) oraz stropowych beleczek B (podpartych w srodku i obcictzonych na koncach - fig. 3 i 4). Glt(bokosc tych wglt(bien (hf) w miejscach maksymalnie wygit(tych byla rZt(du' 0,2 cm. W glt(bienia te nie tylko jakby scinaly srodkowe, najbardziej wypukle czt(sci wygit(tych powierzchni beleczek, lecz stanowily miejscowe wklt(slosci powierz- chni.

Po wyznaczeniu glt(bokosci wglt(bien (hf) i ich pola (Af) - tab. 4 - mozna bylo latwo obliczyc objt(tosc calkowitego ubytku na wygit(tych pierwotnie polach (tJ.. Vf) - tab. 4:

htAf=tJ..Vf

kt6ra wynosi srednio· 4,83 cm³. Oczywiscie dla· bel~czek nieobcictzonych, na kt6rych powierzchni takich zaglt(bien nie obserwowano, tJ.. Vf

=

0.

Skutki dzialania korozji poza wymienionymi element ami byly praktycznie makros- kopowo niedostrzegalne, chociaz wydawalo sit(, ze w dotykti· pozostale powierzchnie staly sit( r6wniez mniej ostre, bardziej gladkie, tak samo jak na zaokrctglonych narozach i krawt(dziach. Bezposrednie pomiary grubosci i szerokosci beleczek dokonane suw- miarkct mniej wit(cej w tych samych miejscach dwukrotnie (przed rozpoczt(ciem badan i po ich zakonczeniu) pozwolily okreslic grubosci warstewki skorodowanej na scianach

belec~ek na 0,03-0,05 cm. Poniewaz wyniki te nie byly jednoznaczne, grubosc skorodo- wanej skaly na scianach beleczek (hp ) okreslono drogct posrednict, wykorzystujctC wyz-

naezone uprzednio ealkowite zmniejszenie obj«tosei (A V) poszezegolnyeh beleezek (tab. 3) oraz ealkowite zmniejszenie objt(tosei wzdluz krawt(dzi i naroZy (AVe) - tab. 4 - i na pierwotnie wygit(tyeh polaeh (A l1") - tab. 4. Calkowite zmniejszenia objt(tosei beleezek (AVp ) wzdluz zaehowanyeh plaszezyzn seian beleezek obliezono z rozniey:

AV-(AVe+AVj)

=

AVp

Po wyznaezeniu pol a zaehowanyeh, podlegaj<}cyeh korozji plaszezyzn zewnt(trznyeh beleezek (Ap), obliezono przecit(tnq grubosc skorodowanej warstwy (hp) z tego pola:

AVp -h - - - p

Ap

Przeeit(tna grubosc warstewki skorodowanej (hp) wzdluz plaszezyzny (Ap) wynosi srednio 0,0371 em, przy ezym dla beleezek obciqzonyeh sr. 0,0385 em, a dla nieobeiqzo- nyeh sr. 0,0342 em. Po odrzueeniu wartosei skrajnyeh, tj. 0,0312 em (dla beleezki C2 0

nieeo mniejszej porowatosei 11%) i 0,0415 em (dla beleezki B3 0 meeo wit(kszej porowatosei 12%), znaeznie zmniejszajq sit( rozniee grubosci (hp ) i wynOSZq dla bele- ezek obciqzonyeh sr. 0,0379 em i nieobeiqzonyeh sr. 0,0358 em.

W tab. 5 zestawiono, jakq ezt(sc ealkowitego zmniejszenia objt(tosei beleezek (A V) stanowi zmniejszenie objt(tosei na narozaeh i krawt(dziaeh (AVe), na najbardziej wy- git(tyeh pod obeiqzeniem eZt(seiaeh seian beleezek (A l1") i na plaszezyznaeh seian (AVp ):

AVe. Al1".AVp .V' V' V

Makroskopowo najlatwiej zauwazalne zmniejszenie objt(tosei beleezek na narozaeh i krawt(dziaeh (AVe) ^W beleezkach obeiqzonyeh (A i B) stanowi ponad jednq trzeeiq ealkowitego zmniejszenia objt(tosei beleezek (Sf'. 0,383), a po odrzueeniu skrajnego wyniku, dotyezqeego beleezki B3 0 wit(kszej niz inne porowatosei, sr. 0,380.

Makroskopowo slabiej zauwazalne zmniejszenie objt(tosei beleezek na najbardziej wygit(tyeh pod obciqzeniem polaeh seian (A l1") stanowi okolo jednej szostej ealkowite- go zmniejszenia objt(tosei beleezek AV i wynosi sr. 0,169 em³, a po odrzueeniu wyniku dotyezqeego beleezki B3 - 0,150 em³, sr. 0,173 em³.

Podezas badan makroskopowyeh praktyeznie niezauwazalne zmniejszenie objt(tos- ci beleezek na plaszezyznaeh seian (AVp) beleezek nieobciqzonyeh (C) wynosi ponad polowt(, a w przypadku beleezek obeiqzonyeh az prawie polowt( ealkowitego zmniejszenia objt(tosei beleezek, tj. Sf. 0,448 lub (po odrzueeniu wyniku dla beleezki B3) sr. 0,447.

USREDNIONA PR~DKOSC KOROZTI

Z jednostkowego ealkowitego ubytku (zmniejszenia) objt(tosei przypadajcteego na jednostkt( korodowanej powierzehni zewnt(trznej (Dvc, em³jem² - tab. 3), ezyli grubosei skorodowanej warstwy z powierzehni zewnt(trznej w eentymetraeh, oraz ze znanego ezasu korodowania (273 dni = 9 miesit(ey) mozna obliezyc sredniq prt(dkosc

Zr6znicowanie korozji krasowej ... 527

korodowama powierzehni beleezek w ci~u 1 roku. Waha si(( on~ w granicach 0,065- 0,108 em/a (sr. 0,0892 em/a), a po odrzuceniu wartosci skrajnych dla beleczek 0

porowatosci najmniejszej (C2 - 11%) i najwi((kszej (B3 - 12%) w granieach 0,076-0,093

cm/a, a sr. 0,0899 cm/a. .

W przeliczeniu na stosowane w literaturze o~eSlenia pr((dkosci denudacji krasowej w mm/1000a, w warunkach przeprowadzonych badan otrzymano przeci((tn'l pr((dkose sumarycznego sredniego korodowania powierzchni 899 mm/1000a. Por6wnuj'lc t(( war- tose z wartosci'l28 mm/1000a dla oksfordzkich wapieni i wapieni marglistych z okolic Dzialoszyna, podan'l przez J. Glazka i M. Markowicz-Lohinowiez (1976), latwo zau- waZye, ze pierwsza jest prawie 32 razy wi((ksza niZ druga. Wedlng wymienionyeh autorow maksymalna pr((dkose denudacji krasowej w Polsce dotyezy srodkowotriaso- wej, cienkoulawiconej serii dolomit6w i wapieni w Koscieliskach 2 (Dolina Smytnia w Tatrach Zachodnich) i wynosi 115 mm/1000a; jest ona jeszeze okafo 8 razy mniejsza od pr((dkosci korozji beleczek uzyskanej w warunkaeh laboratoryjnyeh.

J ednostkowe ubytki wyznaczone przez J. Liszkowskiego (1966) na podstawie badan g6rnojurajskich wapieni scyfiowych 0 strukturze tuberolitowej z Przepasci oraz grubo- ziarnistyeh biokalkarenitow koralowych z Kolonii Stoki (polnocno-wschodnie obrzeze- nie Gor Swi((tokrzyskich), zakopanych w zwietrzelinie na stropie krasowiej'lcego masywu skalnego w ci~u 400 dni, wynosily odpowiednio 14,60, 38,23 i 19,12 mm/1000a.

Byly one zatem mniejsze odpowiednio 62, 23, 47 razy niz pr((dkosci okreSlone w warunkach laboratoryjnych.

Z porownania usrednionych pr((dkosci denudacji krasowej w warunkach natural- nych i laboratoryjnych, ktore mialy modelowae odbiegaj'lce od naturalnych warunki rozwoju korozji krasowej pod projektowan'l zapor'l w drobnosp((kanym podloZu skal- nym przy ci~lym, stosunkowo szybkim przeplywie, przy stalym i duiym spadku hy- draulieznym wody ze zbiornika, wynika, ze korozja krasowa pod zapor<t odbywalaby si((

w wyj'ltkowo sprzyjaj'leych warunkach, sporadycznie tylko spotykanych w naturze.

Prowadzi to do sformulowania nast((pnj'lcych uwag ogolnych.

1. W warunkach naturalnych w strefie aeraeji przeplyw wody nie jest z reguly ci~ly.

Jego pojawienie si(( i zanikanie jest uwarunkowane cz((stosci'l, intensywnosci'l nieci'l- glego, w swej istocie przerywanego opadu, co nalcZy uwzgl((dnie, bior'le rowniez pod uwag(( wplyw op6inien intensywnosci przeplywu wody i intensywnosci korozji kraso ..

wej w stosunku do okresu pojawienia i trwania opadu, wynikaj'lcych z retencji w gruntaeh nadleglyeh. JeSli pod zapor'l zaistnieje przeplyw wody, to b((dzie on staly i- by moze - coraz intensywniejszy.

2. W warunkach naturalnych tak duze spadki hydrauliczne, jakieh mozna si((

spodziewae pod zapor'l, nie wyst((puj'l w calym masywie .skalnym, leez spotyka si(( je tylko w bardzo ograniczonym zakresie - przede wszystkim w strefach sp((kan, jak rowniez w juz rozwini((tym systemie krasowym - zwlaszcza w tunelach, kominach i jaskiniach krasowych, przy czym spadki te z reguly zmieniaj'l si(( bardzo szybko w czasie.

3. W warunkach naturalnych wody opadowe, wnikajClce do masywu skalnego - nawet wzbogacone przy przenikaniu przez gleb~ w C02 - przy powolnym przeplywie stosunkowo szybko nasycajCl si« elementami skal krasowiejClcych, dzi«ki czemu zmniej- sza si« prawie do zera ich dzialanie korozyjne. Pod zapor« natomiast doplywajCl ze zbiornika stale nowe wody 0 duZej zdolnosci rozpuszczania, kt6re przy wzgl«dnie duZych pr«dkosciach przeplywu na kr6tkich odcinkach pod zaporCl nie mogCl stracic zdolnosci do intensywnej korozji chemicznej.

4. W warunkach naturalnych korodowana powierzchnia skaly w stosunku do masy tej skaly (bloku, glazu, okruchu) rzadko kiedy jest tak duZa, jak w przeprowadzonych badaniach laboratoryjnych, co oczywiscie powoduje zmniejszenie intensywnosci koroz- ji w odnicsieniu do korodowanej masy (obj«tosci).

5. W warunkach naturalnych stopien rozdrobnienia skaly wi«kszy niz w przeprowadzonych badaniach laboratoryjnych charakteryzuje tylko stosunkowo nie- wielkiej miClZszosci strefy gruzu w proftlu wietrzenia (W.C. Kowalski, 1988). W znacz- nie miClZszych, slabo zwietrzalych strefach blok6w i monolit6w, a zwlaszcza w,masywie pierwotnym, stopien rozdrobnienia jest bez por6wnania mniejszy, co istotnie wplywa na intensywnosc korozji.

Na tIe tych uwag staje si« jasne, ze:

1. Jak wynika z danych J. Glazka i M. Markowicz-Lohinowicz (1976), najwi«kszCl pr«dkosc denudacji krasowej w Polsce stwierdzono w Tatrach Zachodnich (69-115 mm/1000a), gdzie opady atmosferyczne byly i sc} maksymalne (obecnie rz«du 1200- 1600 mm/a), spadki hydrauliczne przeplywajClcych w6d powierzchniowych i podziem- nych scl wielkie, a masywy skalne, tworzClce poszczegolne gory, mogly si« rozpr«Zyc.

2. W pasmie Jury Polskiej (Pasmo Krakowsko-Cz«stochowsko-Wielunskie), gdzie opady byly i scl prawie 0 polow« mniejsze, spadki hydrauliczne znacznie mniejsze, a masyw skalny nie podzielony na wysokie gory m6g1 si« odpr«Zyc tylko w niewielkim stopniu, pr«dkosc denudacji krasowej obliczona przez J. Glazka i M. Markowicz-Lohi- nowicz jest znacznie mniejsza: 28-40 mm/1000a.

3. Srednia pr«dkosc denudacji krasowej w warunkach naturalnych, chociaZ zrozni- cowana, powinna bye zawsze mniejsza (i to wielokrotnie) niz pr«dkosc korozji wyznaczona w opisanych warunkach laboratoryjnych, ktore jednak wydajCl si« znacznie bardziej zblizone do przewidywanych warunk6w korozji pod zaporCl niZ do warunk6w naturalnych.

AnalizujClc dane przedstawione w tab. 41atwo zauwaZyc, ze grubosc skorodowanej warstwy zewn«trznej powierzchni beleczek jest najmniejsza w srodkowych cz«sciach scian poza strefami wygi«c (hp ) i wynosi sr. 0,0371 cm, a po odrzuceniu wartosci skrajnych grubosci: minimalnej 0,0312 cm (dla beleczki C2 0 n = 11%) i maksymalnej 0,0412 cm (dla beleczki B3 0 n

=

^{12%) -} sr. 0,0373 cm

=

0,373 Mm. Zatem w warunkach badania pr«dkosc korozji na plaszczyznach scian beleczek wynosi sr. 0,4973 mm/a lub 497,3 mm/1000a.

Analogicznie z danych tab. 4 mozna wyliczyc, ze w warunkach przykraw«dziowych scian beleczek wynosi srednio az 0,3333 cm/a

=

3,3333 mm/a lub 3333,3 mm/1000a.

Zroznicowanie korozji krasowej ... 529

Pr((dkosc korozji na wygi((tych polach srodkowej cz((sci spcmowych lub sfropowych powierzchni obchtzonych beleczek, w kt6rych mogct powstawac napr((Zenia rozcicma- jctce i ujawniac si(( ukryte powierzchnie oslabieti wytrzymalosciowych, wynosi Sr. 0,26 cm/a = 2,6 mm/a Iub 2667 mm/1000a.

ZR6ZNICOW ANIE KOROZTI KRASOWET

Zmiany ksztahu· praktycznie maksymalnie jednorodnych i moZliwie identycznych beleczek skalnych, korodowanych w jednakowych warunkach, wskazujct na przestrzen- ne zr6Znicowanie korozji, kt6ra zale:iy true istotnie od ksztahu korodowanych po- wierzchni i stanu napr((zeti w korodowanej skale.

Ze wzgl((du na ksztah korodowanej powierzchni moma wyr6znic:

- korozj(( plaszczyznowCl, dzialajctcct na plaszczyznach skalnych, cechujctcych si((

najmniejszct mozliwct powierzchnict wlasciwct i minimalnct pr((dkoscict korozji;

- korozj(( kraw((dziowct, dzialajctect na kraw((dziach skalnych, charakteryzujctcct si((

wi((kszct powierzchnict wlasciwct i duZct pr((dkoscict korozji;

- korozj(( naromct, zachodZctcct na narozach skalnych, wyr6miajctcct si~ najwi~kszct z mozliwych powierzchnict wlasciwct i najwi((kszct pr~dkoscict korozji.

Przy stalosci wszystkich innych, znanych od dawna czynnik6w wplywajctcych na korozj((, korozjajest tym wi((ksza (a tyro samym wi~kszajej pr((dkosc), im wi~kszajest

powierzchnia wlasciwa korodowanej warstwy skalnej. Oznacza to: im bardziej roz- drobniona jest korodowana warstwa, tym wi~ksza jest jej korozja. Tak wi~c w warun- kach naturalnych najintensywniejsza jest korozja w strefie gruzu profilu wietrzeniowego (W.C. Kowalski, 1988), cechujctcej si(( brakiem lub minimalnct zawar- toscict rezyduum ilastego. W tej strefie plzewaza korozja plaszczyznowa. Powoduje ona stopniowe osiadanie powierzchni terenu, mniej wi~cej r6wnomierne, chociaz nie zawsze, niezaJeznie od zawa16w krasowych i niecek osiadati nad wi((kszymi pustkami Gaskiniami) krasowymi.

W strefie blok6w profilu wietrzeniowego (W.C. Kowalski, 1988) - z uwagi na mniejsze rozdrobnienie masy skaly korozja calkowita jest znacznie mniejsza niz w strefie gruzu - wzrasta istotnie znaczenie korozji kraw((dziowej w miejscach przecina- nia si(( sp((kati 0 r6znych kierunkach. Korozja w tej strefie znacznie slabiej odbija si(( w r6wnomiernym osiadaniu powierzchni terenu, natomiast zaznacza si(( wyraznie w two- rzeniu i poszerzaniu komin6w krasowych w miejscach przeci((cia si(( r6znych sp((kati.

W strefie monolitowej (i tym bardziej w niezwietrzalym, pierwotnym masywie skal- nym) korozja calkowita jest wielokrotnie mniejsza niz w wyiszych strefach wietrzenia.

W korozji calkowitej udzial korozji kraw((dziowej jest bardzo istotny i prowadzi do poszerzania oraz pogl((biania komin6w krasowych, zainicjowanych przez korozj~ w strefach wyZszych. Poziome pustki (w tyro jaskinie) krasowe, powstajctce w strefie monolitowej ponizej strefy aeracji przy poziomym przeplywie korodujctcych w6d kra- sowych, mogct uzewn((trzniac si(( na powierzchni terenu dopiero w6wczas, gdy w wyni-

ku ich poszerzania powstaj'l punktowo lub na ograniczonej przestrzeni zawaliska i niecki obnizen (osiadan).

Istotn'l nowosci'l w przeprowadzanych badaniach laboratoryjnych wydaje siet zaob- serwowanie r6znic w zmianach ksztaltu praktycznie maksymalnie jednorodnych i mo- zliwie identycznych, obci'lzonych i nieobci'lzonych beleczek skalnych, korodowanych w jednakowych warunkach, co wskazuje na istotny wplyw napretzen - szczeg61nie rozci'l- gaj'lcych - na intensywnose krasu. Dla beleczek obci'lzonych, wykazuj'lcych napretzenia rozcictgaj'lce w czetsciach najbardziej wygiettych (fig. 3, 4), pretdkose sumarycznego skorodowania powierzchni wahala siet w grimicach 0,093-0,095 cm/a, przy sr. 0,0944 cm/a = 0,944 mm/a, czyli 944 mm/1000a, natomiast dla beleczek niobci'lzonych - 0,065-0,067 cm/a, przy sr. 0,0742 cm/a

=

0,742 mm/a, czyIi 742 mm/1000a. Por6wnanie skorodowanej warstwy i pretdkosci jej korozji wskazuje, ze pretdkose korozji beleczek obci'lzonych, w kt6rych - w wyniku rozcictgania ich czetsci - mog'l siet ujawniae utajone P9wierzchnie lub strefy oslabien wytrzymalosciowych, jest mniej wietcej 1,27 razy wietksza niz beleczek nieobci'lzonych.

Ze wzgletdu na stan napretzen korodowanych skal moma wyr6Znie:

- korozjet zwykl'l, gdy skala korodowana jest w stailie odpretzenia lub niewielkich napretzen sciskaj'lcych;

- korozjet rozcictgania, gdy w korodowanej skale istniej'l napretzenia rozcictgaj'lce (korozja rozcictgania i jej pretdkose S'l wietksze od korozji zwyklej i jej pretdkosd);

- korozja sciskania, gdy w korodowanej skale napretzenia sciskaj'lce S'l odpowied- nio duze (w6wczas mozna oczekiwae, ze korozja sciskania i jej pretdkose mog'l bye mniejsze od korozji zwyklej i jej pretdkosci).

ZMIANY KOROZJI W CZASIE

Obserwacje zmian ksztaltu beleczek, przeprowadzone w jednakowych warunkach laboratoryjnych - zwlaszcza przy stalym przeplywie zawsze praktycznie jednakowej wody ze stal'l pretdkosci'l - wskazuj'l, ze korozja i jej pretdkose zmieniaj'l siet w czasie nawet w6wczas, gdy wszystkie inne - poza czasem - czynniki wplywaj'lce na korozjet nie zmieniaj'l siet. Zaokrctglenie naroZy i krawetdzi prowadzi bowiem do zmniejszenia po- wierzchni wlasciwej, a wietc musi prowadzie do zmniejszenia korozji naroznej i krawetd- ziowej oraz ich pretdkosci. GraniC'! zaokrctglania naroZy i krawetdzi jest dla naroZy wycinek powierzchni kuli, a dla krawetdzi - fragment powierzchni walcowej. Powierz- chnie te przechodz'l stycznie w plaszczyzny przylegaj'lcych scian, na kt6rych korozja plaszczyznowa i jej pretdkose s'l mniejsze.

Zmniejszenie korozji naroznej i krawetdziowej oraz ich pretdkosci prowadzi do zmniejszenia sumarycznej korozji, w kt6rej korozja naroma i krawetdziowa odgrywaj'l znaCzIl'l rolet, co jednoznacznie wynika z danych w tab. 5.

Pretdkose sumarycznej korozji pocz'ltkowo, tj. gdy naroza i krawetdzie S'l ostre, jest maksymalna; w wyniku zaokrctglania naroZy i krawetdzi szybko maleje; w koncowej fazie

Zroznicowanie korozji krasowej ... 531

zaokr(lglania naroZy i krawC(dzi maleje powoli, zblizaj'lc siC( asymptotycznie do prC(dkosci korozji plaszczyznowej.

Analogicznie z upJywem czasu zmniejsza siC( korozja rozci(lgania: Pocz'ltkowo w najbardziej wygiC(tej przypowierzchniowej warstewce w wyniku obci'lzama, w ktorej moZe siC( najbardziej manifestowae istnienie stref oslabien wytrzymalosciowych w pos- taci niewidocznych makroskopowo mikrospC(kan, jestmaksymalna. W wyniku postc(pu korozji rozchmania i korodowania kolejnych warstewek, polozonych wgl'lb od powierz- chni, stopniowo maleje, gdyZ· niewidoczne makroskopowo mikrospC(kania staj'l siC(

coraz mniejsze. W koncowej fazie, gdy korozja ta zbliZa siC( do granicy obszaru wys- tC(powania w skale naprC(zen rozci(!gajClcych, maleje powoli, zbliZaj'lc siC( asymptotycz- nie do korozji plaszczyznowej.

Z powyZszych rozwazan wynika, ze utrzymywanie siC( ostrych krawC(dzi druzgotu w strefie gruzu proftlu wietrzeniowego oraz w zwalowisku na dnie jaskini krasowej jest krotkotrwale - zwlaszcza przy intensywnym przepJywie koroduj'lcej wody, co naleZy uwzghidniae przy probach wnioskowania 0 peryglacjalnym pochodzeniu ostrokrawC(- dzistego rumoszu skalnego w jaskiniach krasowych i jego zachowaniu w tym stanie do dzisiaj.

J ediloczesnie naleZy zauwaZye, ze zaokr(!gleniu naroZy i krawC(dzi towarzyszy z jednej strony zmniejszenie sumarycznej korozji, z drugiej zas ulatwienie przeplywu koroduj'lcej wody, co z kolei moZe wpJywae na zwiC(kszenie korozji, zwlaszcza plaszczyznow6j, chociaz wydaje siC( z reguly w niewielkim zakresie.

WNIOSKI

Z przeprowadzonych badan wynikaj'l nastC(puj'lce wnioski:

1. Korozja krasowa, bC(d'lca zasadniczym skladnikiem rozwoju krasu i denudacji krasowej, jest roznorodna w przestrzeni i zmienna w czasie.

2. Do znanych czynnikow, powoduj'lcych roznorodnose korozji i jej skutkow, naleZy dol'lczye ksztah i powierzchniC( wlasciw'l skaly i jej okruchow, co prowadzi do wyroz- niania korozji: naroznej, krawC(dziowej i plaszczyznowej.

3. Wartose i prC(dkose korozji za1e~ rowniez od stanu napr«zen skaly, co uzasadnia wyroznianie korozji: zwyklej, rozci(!gania i wysokiego sciskania.

4. Zmiennose korozji i jej prC(dkosci w czasie oraz niew'ltpliwa ich·histereza powo- dujCl, ze obliczenia pr«dkosci denudacji krasowej, wyrazanej w mm/1000a na podstawie danych dla okresu do 1 roku (lub co siC( tez czC(sto zdarza nawet do okresu krotszego) bez uwzglC(dniania zmian wszystkich powoduj'lcych korozjC( czynnik6w w catym tysi'l- cleciu (a tym bardziej w jego wielokrotnosci), mozna traktowae tylko jako wartosci . przyblizone, z pewnosci'l nie srednie, a wprost przeciwnie, WfC(CZ przypadkowe.

5. Wartosci korozji i jej prC(dkosci uzyskane w wyniku badan laboratoryjnych, modeluj'lcych warunki najbardziej sprzyjajClce korozji bez jej ograniczen w warunkach naturalnych, S'l wielokrotnie przewyZszone w odniesieniu do korozji i jej prC(dkosci w

warunkach. naturalnych, a to przede wszystkim ze wzglctdu na udostctpnienie ze wszys- tkich stron, prawie calej powierzchni zewncttrznej bloczk6w, stale utrzymywanie duze- go spadku hydraulicznego przeplywu wody (bctd'lcej roztworem nienasyconym element ami skaly).

Podzic:kowania. Autor czuje sict mile zobowi'lzany wyrazic podzictkowania za oW'ocne dyskusje nad natur'l krasu i korozji krasowej doc.drowi hab. J. Liszkowskiemu, doc.drowi hab. R. Kaczynskiemu i drowi hab. J. Glazkowi, a takze p. K. Lecewicz, p. T.

Krasnodctbskiemu i mgrowi A. Niedkowi za pomoc techniczn'l przy wykonywaniu i wykonczeniu tej pracy oraz p. B. SawoSko za wykonanie analiz chemicznych.

Instytut Hydrogeologii i Geologii InZynierskiej Uniwersytetu Warszawskiego

Warszawa, AI. Zwirki i Wigury 96 Nadestano dnia 10 marca 1990 r.

PISMIENNICTWO

BAZYNSKI J. (196Oa) - Geologiczno-iniynierska charakterystyka krasu okolic Cz~stochowy. Prz, Geol.,8, p. 431-432, nr 8.

BAZYNSKI J. (1960b) - Geologiczno-iniynierskie problemy Huty im. Bolestawa Bieruta. Biul. Inst. Geol., p.1-77.

BEDNAREK J. (1966) - Iniyniersko-geologiczna charakterystyka rozwoju krasu w okolicach Dziatoszyna nad Wart .. na tie litologii utwor6w g6mojurajskich. Arch. Kat. Geol. 1m. UW. Warszawa.

GUZEKJ. (1989) - Paleokarst of Poland. In: Paleokarst a systematic and regional review (ed. P. Bosak, D.C. Ford, J. Glazek), p. 77-105. CAY Academia, Praha. Elsevier. Amsterdam.

GLAZEKJ., BEDNAREKJ., SZYNKIEWICZA, WIERZBOWSKI A (1979) -Genezajaskini Szachow- nica - najwi~kszego systemu jaskiniowego Wyiyny Krakowsko-Wielunskiej. Kras Speleol., 11, p. 40-50.

GLAZEKJ., MARKOWICZ-LOHINOWICZ·M. (19760) - Remarks of the use of quantitative methods to karst denudation velocity. Proc. 6th Inter. Congr. Speleology 1973, p. 225-240. Academia. Praha.

GUZEKJ., SULIMSKI A, SZYNKIEWICZA, WYSOCZANSKIT. (1976b)-Middle Pleistocene karst deposits with Ursus spelaeus at Draby near Dzialoszyn, Central Poland. Acta Geol. Pol., 26, p. 451-466, nr3.

GUZEK J., RUDNICKI J., SZYNKIEWICZ A (1977) - Preglacial caves - a special genetic type of cave in glaciated areas. Proc. 7th Inter. Speleol. Congr., p. 215-217. Sheffield. England.

GRADZINSKI R (1962) - Rozw6j podziemnych form krasowych w poludniowej cz~sci Wyiyny Krakow- skiej. Rocz. Pol. Tow. Geol., 32, p. 429-490, z. 4.

GRADZINSKI R, W6JCIK Z (1966) -0 krasie kopalnym w Polsce. Pro Muz. Ziemi, 9, p. 151-222.

KOWALSKI W.e. (1961) - Wytrzymatosc na Sciskanie budowlanych skat senonskich przelomowego odcin- ka Wisly srodkowej na tie ich litologii. Biul. Geol. Wydz. Geol. UW" 1, CZ. 2, p. 3-152.

KOWALSKI W.C. (1966) - Anizotropia wytrzymatoSci i mi~kni~cie skat senonskich przetomo\\ego odcinka Wisly srodkowej. Biul. lost. Geol:, 190.

KOWALSKI W.e. (1978) - Regionalna geologia iniynierska Polski. Wyd. UW. Warszawa.

KOWALSKI W.C. (1988) - Geologia iniynierska. Wyd. Geol. Warszawa.